Introdução à Biotecnologia Vegetal

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Biotecnologia Vegetal 
Introdução à Biotecnologia Vegetal 
Importância e Aplicações 
 
Conceito de Biotecnologia vegetal: Manipulação de plantas, objetivando a obtenção de processos 
e produtos de interesse. 
 
Biotecnologia geral: Manipulação de microrganismos, plantas e animais (seres vivos), visando à 
obtenção de processos e produtos de interesse. Sendo uma ciência multidisciplinar, englobando a 
biologia, química, física, microbiologia, farmácia, engenharia, etc. 
 
Embora seja uma ciência antiga, as técnicas modernas de biologia molecular e celular 
possibilitaram um grande avanço a partir de meados do Séc. XX. Ainda neste contexto, a 
biotecnologia vegetal é uma vertente focada nos processos de produtos originados de plantas. 
 
ONU para FAO (Agricultura e Alimentação) 
Biotecnologias apropriadas contribuem com o desenvolvimento sustentável dos países. 
● Tecnicamente factíveis, no contexto de desenvolvimento técnico-científico de cada país; 
● Benefícios mensuráveis; 
● Ambientalmente seguras; 
● Sócio-econômica e culturalmente aceitáveis; 
 
Aplicações Gerais da Biotecnologia Vegetal 
● Agricultura sustentável (cultivares transgênicos = variedades melhoradas); 
● Indústria farmacêutica (biofármacos); 
● Indústria Geral (alimentícia, química, informática e engenharia); 
● Meio-ambiente (fitorremediação e conservação de germoplasma); 
 
A biotecnologia surgida nos anos 70 tendo como base a manipulação genética para produção 
de organismos modificados artificialmente. Um exemplo de produtos criados neste contexto, foi a 
insulina e o INF (interferon). 
Com o surgimento da biotecnologia, mesmo tendo causado um grande impacto na saúde, o 
maior impacto foi na área da agricultura, não tendo comparação. Com essas modificações genéticas 
criadas na agricultura geraram muitas características que vão de encontro com os interesses 
comerciais em várias espécies, acelerando o melhoramento de plantas com a produção de vários 
cultivares mais produtivos e resistentes às mudanças climáticas e ambientais. 
 
Origem da Agricultura 
Para compreender melhor o impacto da biotecnologia na agricultura faz-se necessário 
comentar um pouco sobre a história global da própria agricultura. 
Plantar e colher é a biotecnologia mais antiga, com mais de 10 mil anos, e surgiu no oriente 
médio com o trigo, já na Ásia foi o arroz, e logo depois na América Latina com o milho. 
Isso remete à pré-história, no final do período neolítico, idade da pedra polida, quando as tribos 
(caçadores e coletores) aprenderam a domesticar, plantar e colher alimentos. 
 
Agricultura: Grandes Revoluções 
● Técnicas herdadas do Neolítico (8.000 anos AC): 
○ Agricultura migratória ou bienal, ou seja, na mesma área de floresta, cereal (2 a 4 
anos) e repouso (3 a 7 anos); 
○ Produção animal como subproduto do processo de domesticação; 
○ O início do processo agrícola é caracterizado pelo início do sedentarismo do 
homem e o aumento da população; 
● 1ª Revolução Agrícola (séc. XVII - XIX): 
○ Devido ao grande volume populacional e o aumento da ocupação dos espaços, 
levou a ser um período de grandes avanços em pesquisas agrícolas, como 
fisiologia e genética de plantas; 
○ Abolição do repouso/aração; 
○ Rotação de culturas (cereal/leguminosa [fixadoras de nitrogênio no solo]); 
○ Adubação e seleção de variedades; 
○ Essa primeira revolução agrícola elevou ainda mais o crescimento populacional, 
assim como a produção de alimentos; 
● 2ª Revolução Agrícola (séc. XX): 
○ No séc. XX foi um período extremamente conturbado, marcado pelas duas 
grandes Guerras Mundiais, onde aconteceram a mudança na indústria de 
motores para a indústria a combustão, que por sua vez, houve a substuição na 
área agrícola por um vasto maquinário, como tratores e aviões (agricultura 
extensiva), cujo funcionamento é com a utlização de combustíveis; 
○ Devido a isso, em meados do séc. XX ocorreu a segunda revolução agrícola, 
conhecida como Revolução Verde, em função do elevado crescimento da 
produção agrícola comparado aos períodos anteriores; 
○ Motores de combustão interna; 
○ Melhoramento clássico; 
○ Abandono da rotação de culturas; 
○ Fertilizantes e agrotóxicos químicos; 
○ Apropriação das sementes; 
○ Entretanto, este modelo usado mundialmente, a partir desta 2ª revolução verde, 
não é um modelo sustentável, causando uma degradação ambiental bem maior, 
comparado com os modelos anteriores, como um exemplo, temos a implantação 
de monoculturas ocupando grandes hectares de áreas, acarretando um grande 
risco a biodiversidade, assim como ao equilíbrio ambiental; 
○ Outro ponto seria o uso de fertilizantes químicos que são considerados umas das 
principais causas de poluição das águas e lençóis freáticos; 
○ Este melhoramento genético vegetal feito para o aumento da produção é 
causado pelo estreitamento genético das espécies alimentares que possuem 
baixa capacidade adaptativa ao ambiente natural; 
○ O uso de agrotóxicos ou pesticidas (venenos utilizados para “proteção” das 
culturas/plantações) está se tornando um problema de saúde pública para nós, 
humanos, com isso, há uma forte vertente de substituição do modelo agrícola 
adotado atualmente que é totalmente insustentável, segundo estudos e projeções 
já realizadas por pesquisadores; 
 
 
Agricultura e Sustentabilidade 
● 1ª Revolução Agrícola: Thomas Malthus sugeriu que a Terra não poderia alimentar 
sua crescente população por falta de recursos naturais, segundo ele, apesar dos 
mecanismos de controle, como guerras, epidemias e desastres naturais, a produção de 
alimentos teria o crescimento aritmético, enquanto a população teria crescimento 
geométrico; 
● 2ª Revolução Agrícola: A irrigação excessiva e o aumento no uso de fertilizantes e 
agrotóxicos vêm causando um esgotamento rápido de recursos naturais; 
 
Como consequências: 
1. Degradação ambiental; 
2. Diminuição da área cultiváveis; 
3. Queda na taxa de produção de alimentos; 
 
O que nos levaria a mudança no modelo atual: 
● 3ª Revolução Agrícola (séc. XXI); 
 
Criação de OGMs e Melhoramento Vegetal 
Organismo Geneticamente Modificado (OGM): é um organismo cujo material genético 
(DNA/RNA) foi modificado por engenharia genética; 
Transgênico: é o organismo que contém um ou mais genes manipulados entre espécies 
diferentes; 
 
***Transgênico é um tipo de OGM, mas nem todo OGM é transgênico!!! 
 
Melhoramentos Vegetal: 
● Resistência a pragas e patógenos; 
● Resistência a estresses abióticos; 
● Aumento da eficiência fotossintética; 
● Produção de metabólitos e constituintes; 
 
Controle Biológico 
● Biotecnologia: DNA de organismos usados como agentes de controle biológico e também de 
pragas. Nos programas de controle a planta transformada sintetiza RNA que bloqueia a 
expressão do DNA dos predadores ou patógenos; 
 
● Utilização de organismos de ocorrência natural: fungos, bactérias, vírus e insetos, que 
sejam inimigos naturais das pragas e fitopatógenos; 
 
Exemplos: 
Embrapa: ​possui o maior controle do mundo de lagartas da soja (várias), e também disponibiliza de 
um programa de combate ao nematóide parasita que se apresenta em ampla distribuição, além de 
possuir uma vasta gama de espécies de plantas hospedeiras, sendo o fitopatógeno que mais causa 
doenças/danos em plantas cultivadas no mundo. 
● Lagarta da soja (​Anticarsia gemmatalis​ / mais comum); 
● Nematóide parasita (​Meloidogyne incógnita​); 
 
Moscamed Brasil: ​é outra empresa quese dedica ao controle biológico de pragas, possuindo 
programas de controle contra a: 
● Mosca-do-mediterrâneo 
● Lagartas-da-macieira (mariposa); 
 
Indústria Farmacêutica 
A história da indústria farmacêutica no Brasil se caracterizou pelas: 
1. Multinacionais (Merck, Bayer, etc) - que dominaram o mercado até o final da década de 90; 
2. Em seguida, as empresas nacionais começam a produzir medicamentos genéricos (liderança 
em 10 anos); 
3. Depois disso, houve crescimento das Biofábricas (início em 2008), Shire, Biogen, Biomarin, 
Genzyme, Fusões (Pfizer e Merck), Biomanguinhos (100% nacional), Libbs Brasil (2016); 
 
Biofábricas - produção de medicamentos bastante sofisticados, sintetizados pela manipulação 
genética de células e destinadas ao tratamento de doenças complexas; 
Exemplo: Biomanguinhos, que está adaptando-se a produção, e garantindo o abastecimento de 
vários biofármacos para o SUS, assim permitindo que a população brasileira tenha acesso gratuito a 
esses biofármacos de alta qualidade e tecnologia. 
 
Biofármacos: 
● São feitos a partir de proteínas ou ácidos nucleicos; 
● Se originam de processos de fermentação ou de bioengenharia; 
● São impossíveis de serem copiados; 
● Patogenias - câncer de mama, hemofilia, hepatite,derrame cerebral, insuficiência cardíaca, mal 
de Alzheimer, artrite reumatóide, psoríase, tumores cerebrais, lepra, leucemia, entre outras; 
 
Indústria Geral 
Alimentícia - produção de alimentos transgênicos, bebidas, essências, aditivos (emulsificantes, 
espessantes e fermentos). Preservação de alimentos (conservantes naturais e ultra-resfriamento); 
 
Química: 
● Biocombustíveis (álcool e biodiesel); 
● Matérias-primas (surfactantes, polissacarídeos, ácidos orgânicos, aminoácidos); 
● Enzimas (detergente, têxteis, papel e celulose); 
● Solventes e fibras diversas na indústria têxtil; 
● Biopolímero de aplicação médica; 
 
Informática -​ Bioinformática (mapeamento em biologia molecular e genômica); 
 
Engenharia - ​Biochips (identificação de animais, monitoramento de tumores cancerígenos, 
monitoramento de glicose sanguínea, detecção de DNA em amostras biológicas); 
 
Fitorremediação 
É definida como o uso de plantas para remover, conter ou tornar inofensivos os contaminantes 
ambientais. Esta definição se aplica a todos os processos biológicos, físicos e químicos influenciados 
pelas plantas que auxiliam na remediação de substratos contaminados. O conceito de fitorremediação 
envolve o uso de plantas “hiperacumuladoras” de metais pesados (Ni, Cr, Cu, Pb, Cd, e Zn) para 
remoção de poluentes em solos ou água, que são dejetos industriais, urbanos e agrícolas. Este é um 
método essencialmente “verde” (sustentável) e que tem a vantagem de ser uma técnica de baixo 
custo para remediação do solo, sem agredir o ambiente. 
 
Exemplos de espécies naturalmente acumuladoras: 
● Elodea/aguapé; 
● Tiririca-comum; 
● Capim-santo; 
● Junco-manso; 
● Braquiária; 
● Sapé; 
 
Algumas espécies vegetais são naturalmente acumuladoras de metais pesados (todos os 
elementos da tabela periódica entre o cobre [Cu] e o chumbo [Pb]). Esses elementos são 
bioacumulativos, uma vez que não são eliminados pelo metabolismo e por possuírem alta reatividade 
com outras substâncias químicas, por isso não são encontrados em sua forma pura na natureza. 
Esses metais são extremamente tóxicos à saúde humana e a outros organismos vivos, várias 
espécies de vegetais, acumuladoras ou não, estão sendo estudadas e manipuladas geneticamente 
visando introduzir ou ampliar o potencial acumulativo, como por exemplo, o aumento da tolerância a 
toxinas e o alongamento de raízes. 
 
Exemplos de espécies acumuladoras por transformação genética: 
● Algodão:​ Descontaminação de mercúrio no solo; 
● Eucalipto:​ remoção de cádmio do solo; 
● Arabidopsis thaliana​:​ retirada de arsênio do solo; 
 
As principais vantagens desta técnica: 
● Aplicação in situ; 
● Custo mais baixo; 
Entretanto, não há retirada total dos poluentes, mas o suficiente para tornar o ambiente utilizável 
novamente; 
 
Cultura e Conservação ​in vitro​ de Germoplasma Vegetal 
 
Cultura de Tecidos Vegetais 
Reúne um conjunto de técnicas que fundamentam a biotecnologia vegetal e possibilitam o 
cultivo e a multiplicação isolada de órgãos, tecidos, células ou plantas completas; 
A cultura de plantas ​in vitro permite a multiplicação em quantidades muito maiores do que seria 
possível naturalmente, podendo ser aplicado comercialmente ou em pesquisas sobre a biologia 
fisiologia das espécies vegetais. 
Essas técnicas também podem ser aplicadas para a produção de metabólitos secundários, 
sementes sintéticas ou acelerar programas de melhoramento imprescindíveis para a transformação 
genética. 
Além disso, pode ser usado para conservação de germoplasma vegetal através de sistemas de 
cultivo em crescimento lento ou através da criopreservação sob ultra-baixa temperaturas. 
 
Conservação in vitro de germoplasma vegetal 
Técnicas que permitem a conservação em temperaturas ultra-baixas de diferentes materiais 
capazes de se recuperar e propagar órgãos, tecidos, células ou plantas completas.